基于视觉的西瓜切面表型分析方法、系统及装置与流程

本发明涉及图像处理，尤其涉及一种基于视觉的西瓜切面表型分析方法、系统及装置。

背景技术：

1、西瓜切面表型参数分析是指通过对西瓜切面图像进行处理，通过计算得到西瓜切面纵径、西瓜切面横径、西瓜果型参数、西瓜切面周长、西瓜切面面积、西瓜瓜皮厚度、西瓜瓜瓤面积及西瓜瓜瓤面积占比等参数，西瓜切面表型参数在一定程度上反映了西瓜的品质，对西瓜切面表型参数进行分析，可用于西瓜培育方案的制定以及指导西瓜新品种的研发，同时西瓜切面表型参数是衡量西瓜品质的重要标准之一。目前，西瓜切面表型参数的计算主要依赖于人工测量，人工测量西瓜切面表型参数的方法存在误差大、难度高及速度慢的问题，同时，对于不规则的西瓜切面，采用人工测量的方法难度较高且准确率较低。

2、随着机器视觉技术的快速发展，将机器视觉应用于西瓜切面表型参数的计算分析中，可以实现快速准确的参数计算，同时基于机器视觉的方法实现了西瓜切面表型参数的自动化与智能化计算，减少人工测量难度，节约大量人力物力，大大提高了西瓜切面表型参数的测量效率。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种基于视觉的西瓜切面表型分析方法、系统及装置。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

3、一种基于视觉的西瓜切面表型分析方法，包括以下步骤：

4、获取西瓜切面图像，通过预处理分别得到西瓜切面二值图像及西瓜瓤二值图像，提取初始西瓜切面轮廓及初始西瓜瓤轮廓，其中，所述西瓜切面图像沿瓜蒂及瓜脐方向切开且去除瓜蒂；

5、对初始西瓜切面轮廓进行异常修复，得到西瓜切面轮廓，基于西瓜切面轮廓对初始西瓜瓤轮廓进行优化，得到西瓜瓤轮廓；

6、基于西瓜瓤轮廓及西瓜切面轮廓确定瓜蒂及瓜脐的位置，进而得到西瓜切面表型参数；

7、基于西瓜瓤二值图像将西瓜瓤空洞区域分离，得到初始空洞区域轮廓及初始空洞区域轮廓外接矩形；

8、对所述西瓜切面图像中的西瓜籽进行检测，得到西瓜籽区域外接矩形，基于西瓜籽区域外接矩形及初始空洞区域轮廓外接矩形对初始空洞区域轮廓外接矩形进行筛选，得到西瓜瓤空洞外接矩形，基于西瓜瓤空洞外接矩形得到西瓜瓤空洞面积。

9、作为一种可实施方式，所述预处理，包括以下步骤：

10、将西瓜切面图像进行二值化处理，得到西瓜切面二值图像；

11、对西瓜切面图像在rgb空间分离白色通道，得到第一白色通道图像，具体表达式如下所示：

12、

13、其中，表示第一白色通道图像在某一点的像素值，r、g、b为西瓜切面图像在rgb空间的各个通道分离值，符号&代表“与”运算；

14、将所述西瓜切面二值图像及第一白色通道图像进行相减，得到西瓜瓤二值图像。

15、作为一种可实施方式，所述对初始西瓜切面轮廓进行异常修复，得到西瓜切面轮廓，包括以下步骤：

16、获取初始西瓜切面轮廓的所有轮廓点信息，得到切面轮廓点集合；

17、计算切面轮廓点集合中纵坐标值最小点，以纵坐标值最小点为起点，连接切面轮廓点集合中所有轮廓点形成轮廓线段，得到轮廓线段集合，计算轮廓线段集合中所有轮廓线段与纵轴负方向的夹角得到线段夹角集合，计算线段夹角集合的最小值及对应的轮廓点，得到线段最小夹角及夹角轮廓点；

18、基于纵坐标值最小点及夹角轮廓点构成凸包点集合，判断切面轮廓点集合中所有轮廓点与凸包点集合的分布关系，若轮廓点位于凸包点集合横轴负方向一侧，则继续进行判断，若轮廓点位于凸包点集合横轴正方向一侧，则将点加入凸包点集合；

19、遍历切面轮廓点集合，连接凸包点集合中所有点得到第一西瓜切面轮廓，将第一西瓜切面轮廓进行平滑处理得到西瓜切面轮廓。

20、作为一种可实施方式，所述基于西瓜切面轮廓对初始西瓜瓤轮廓进行优化，得到西瓜瓤轮廓，包括以下步骤：

21、基于西瓜瓤二值图像对西瓜切面图像进行分割提取，得到西瓜瓤图像；

22、对西瓜切面二值图像进行距离变换，得到距离变换图像；

23、基于距离变换图像及西瓜切面轮廓，计算初始西瓜瓤轮廓中所有轮廓点到西瓜切面轮廓的瓜瓤距离并形成瓜瓤距离集合；

24、遍历瓜瓤距离集合中所有瓜瓤距离，若瓜瓤距离小于预设第一阈值，瓜瓤距离对应轮廓点沿初始西瓜瓤轮廓中心点方向进行偏移，得到偏移点，以偏移点为圆心，预设第二阈值为半径，在西瓜瓤图像中画圆，并将圆区域内像素值设置为0，得到初始西瓜瓤图像；

25、将所述初始西瓜瓤图像进行平滑处理及轮廓提取，得到西瓜瓤轮廓。

26、作为一种可实施方式，所述基于西瓜瓤轮廓及西瓜切面轮廓确定瓜蒂及瓜脐的位置，包括以下步骤：

27、获取西瓜瓤轮廓的凸多边形及西瓜切面轮廓的凸多边形，得到瓜瓤凸多边形及切面凸多边形；

28、计算西瓜瓤轮廓中各点到瓜瓤凸多边形的最短距离，得到瓜瓤最短距离集合，计算西瓜切面轮廓中各点到切面凸多边形的最短距离，得到切面最短距离集合；

29、基于瓜瓤最短距离集合及切面最短距离集合中数据变化特征，得到瓜蒂及瓜脐位置。

30、作为一种可实施方式，所述西瓜切面表型参数包括西瓜切面纵径、西瓜切面横径、西瓜果型参数、西瓜切面周长、西瓜切面面积、西瓜瓜皮厚度、西瓜瓜瓤面积及西瓜瓜瓤面积占比，包括以下步骤：

31、基于瓜蒂及瓜脐的位置，以瓜蒂及瓜脐两点间直线方向为矩形长边方向，获取西瓜切面轮廓的外接矩形，得到西瓜切面外接矩形，计算西瓜切面外接矩形的长及西瓜切面外接矩形的宽，得到西瓜切面纵径及西瓜切面横径；

32、对西瓜切面轮廓进行多边形拟合，得到西瓜切面多边形，计算西瓜切面多边形周长及西瓜切面多边形面积，得到西瓜切面周长及西瓜切面面积；

33、基于西瓜瓤轮廓进行距离变换，得到西瓜瓤距离图像，基于西瓜瓤距离图像中各点像素值得到西瓜瓜皮厚度；

34、基于西瓜瓤轮廓，得到西瓜瓜瓤面积，结合西瓜切面面积，得到西瓜瓜瓤面积占比，表示如下：

35、

36、根据西瓜切面纵径及西瓜切面横径，得到西瓜果型参数，表示如下：

37、

38、其中，表示西瓜瓜瓤面积占比，表示西瓜瓜瓤面积，表示西瓜切面面积，表示西瓜果型参数，表示西瓜切面横径，表示西瓜切面纵径。

39、作为一种可实施方式，所述得到西瓜瓤空洞面积，包括以下步骤：

40、计算初始空洞区域轮廓外接矩形面积及初始空洞区域轮廓外接矩形周长平方的比值，设置空洞阈值，将满足空洞阈值条件的初始空洞区域轮廓外接矩形滤除，得到第一空洞外接矩形；

41、通过检测算法对西瓜切面图像进行检测，得到西瓜籽区域外接矩形，计算西瓜籽区域外接矩形与第一空洞外接矩形的交并比，得到交并比集合；

42、设置交并比阈值，将交并比集合中符合交并比阈值条件对应的第一空洞外接矩形进行滤除，得到西瓜瓤空洞外接矩形；

43、计算西瓜瓤空洞外接矩形面积，得到西瓜瓤空洞面积。

44、作为一种可实施方式，所述得到交并比集合，表示如下：

45、

46、

47、

48、

49、

50、

51、其中，表示西瓜籽区域外接矩形左上角横坐标，表示第一空洞外接矩形左上角横坐标，表示西瓜籽区域外接矩形左上角纵坐标，表示第一空洞外接矩形左上角纵坐标，表示西瓜籽区域外接矩形右下角横坐标，表示第一空洞外接矩形右下角横坐标，表示西瓜籽区域外接矩形右下角纵坐标，表示第一空洞外接矩形右下角纵坐标，表示交并比。

52、一种基于视觉的西瓜切面表型分析系统，包括图像处理模块、轮廓优化模块、表型参数计算模块、空洞提取模块及空洞处理及计算模块；

53、所述图像处理模块，获取西瓜切面图像，通过预处理分别得到西瓜切面二值图像及西瓜瓤二值图像，提取初始西瓜切面轮廓及初始西瓜瓤轮廓，其中，所述西瓜切面图像沿瓜蒂及瓜脐方向切开且去除瓜蒂；

54、所述轮廓优化模块，对初始西瓜切面轮廓进行异常修复，得到西瓜切面轮廓，基于西瓜切面轮廓对初始西瓜瓤轮廓进行优化，得到西瓜瓤轮廓；

55、所述表型参数计算模块，基于西瓜瓤轮廓及西瓜切面轮廓确定瓜蒂及瓜脐的位置，进而得到西瓜切面表型参数；

56、所述空洞提取模块，基于西瓜瓤二值图像将西瓜瓤空洞区域分离，得到初始空洞区域轮廓及初始空洞区域轮廓外接矩形；

57、所述空洞处理及计算模块，对所述西瓜切面图像中的西瓜籽进行检测，得到西瓜籽区域外接矩形，基于西瓜籽区域外接矩形及初始空洞区域轮廓外接矩形对初始空洞区域轮廓外接矩形进行筛选，得到西瓜瓤空洞外接矩形，基于西瓜瓤空洞外接矩形得到西瓜瓤空洞面积。

58、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下的方法：

59、获取西瓜切面图像，通过预处理分别得到西瓜切面二值图像及西瓜瓤二值图像，提取初始西瓜切面轮廓及初始西瓜瓤轮廓，其中，所述西瓜切面图像沿瓜蒂及瓜脐方向切开且去除瓜蒂；

60、对初始西瓜切面轮廓进行异常修复，得到西瓜切面轮廓，基于西瓜切面轮廓对初始西瓜瓤轮廓进行优化，得到西瓜瓤轮廓；

61、基于西瓜瓤轮廓及西瓜切面轮廓确定瓜蒂及瓜脐的位置，进而得到西瓜切面表型参数；

62、基于西瓜瓤二值图像将西瓜瓤空洞区域分离，得到初始空洞区域轮廓及初始空洞区域轮廓外接矩形；

63、对所述西瓜切面图像中的西瓜籽进行检测，得到西瓜籽区域外接矩形，基于西瓜籽区域外接矩形及初始空洞区域轮廓外接矩形对初始空洞区域轮廓外接矩形进行筛选，得到西瓜瓤空洞外接矩形，基于西瓜瓤空洞外接矩形得到西瓜瓤空洞面积。

64、一种基于视觉的西瓜切面表型分析装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下的方法：

65、获取西瓜切面图像，通过预处理分别得到西瓜切面二值图像及西瓜瓤二值图像，提取初始西瓜切面轮廓及初始西瓜瓤轮廓，其中，所述西瓜切面图像沿瓜蒂及瓜脐方向切开且去除瓜蒂；

66、对初始西瓜切面轮廓进行异常修复，得到西瓜切面轮廓，基于西瓜切面轮廓对初始西瓜瓤轮廓进行优化，得到西瓜瓤轮廓；

67、基于西瓜瓤轮廓及西瓜切面轮廓确定瓜蒂及瓜脐的位置，进而得到西瓜切面表型参数；

68、基于西瓜瓤二值图像将西瓜瓤空洞区域分离，得到初始空洞区域轮廓及初始空洞区域轮廓外接矩形；

69、对所述西瓜切面图像中的西瓜籽进行检测，得到西瓜籽区域外接矩形，基于西瓜籽区域外接矩形及初始空洞区域轮廓外接矩形对初始空洞区域轮廓外接矩形进行筛选，得到西瓜瓤空洞外接矩形，基于西瓜瓤空洞外接矩形得到西瓜瓤空洞面积。

70、本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

71、通过本发明的方法能解决现有人工计算西瓜切面表型参数的问题，降低在不规则切面情况下采用人工计算的难度，节约了大量的人力资源；

72、实现了西瓜切面表型参数的自动化与智能化测量，实现西瓜切面表型参数的快速准确测量，大大提高西瓜切面表型参数的测量效率。